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Approfondimenti

Digitale e sostenibilità: come le tecnologie 4.0 abilitano l’Economia Circolare

Grazie a un ripensamento di prodotti, modelli di business e filiere logistiche la Circular economy consente di raggiungere una serie di vantaggi come l’aumento dell’efficienza energetica, con l’estensione della vita utile di prodotti, componenti e materiali e con il recupero di un valore a fine ciclo

07 Ott 2018

Marco Perona

Professore Ordinario, Laboratorio RISE, Università di Brescia, Senior Partner IQ Consulting

Nicola Saccani

Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Meccanica dell'Università di Brescia

Gianmarco Bressanelli

Ricercatore, Laboratorio RISE, Università di Brescia

L’Economia Circolare rappresenta un’enorme opportunità di crescita per il sistema produttivo italiano. La transizione verso questo modello di sviluppo non è però priva di ostacoli: le tecnologie 4.0 possono aiutare in tal senso, scaricando a terra l’intero potenziale dell’Economia Circolare.

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Cosa si intende per Economia Circolare

Per Economia Circolare si intende un sistema economico progettato per poter rigenerarsi continuamente, mantenendo prodotti, componenti e materiali alla massima utilità e valore possibile (Ellen MacArthur Foundation, 2013).

Diversamente dal modello tradizionale di Economia Lineare, dove il flusso di materiali, componenti e prodotti finiti segue un flusso continuo che inizia con l’estrazione delle materie prime e termina con lo smaltimento post-consumo dei prodotti finiti (parte inferiore della Figura 1), nell’Economia Circolare il concetto di “fine vita” semplicemente non esiste. Attraverso una serie di “ricircoli” (parte superiore della Figura 1), si punta alla massima valorizzazione dello “stock” di materiali, componenti e prodotti, anziché alla massimizzazione delle vendite di prodotti finiti. L’utile aziendale non è più quindi direttamente collegato all’entità dell’estrazione di materie prime e alla produzione di rifiuti, prospettando l’idea di uno scenario sostenibile.

Per poter implementare in maniera efficace questi ricircoli, è necessario però ripensare completamente prodotti, modelli di business e filiere logistiche (Bressanelli et al. 2019). I prodotti devono essere riprogettati agendo sulla scelta di materiali biocompatibili e mono-materici, sull’utilizzo di distinte base modulari e sulla standardizzazione delle parti e dei componenti, per favorire la loro sostituzione in caso di guasto. I modelli di business devono spostarsi dalla mera vendita del prodotto fisico all’offerta di una soluzione integrata prodotto-servizio (leasing, sharing, pay-per-use), nei quali l’incentivo economico passa dalla massimizzazione del numero di unità vendute alla valorizzazione della base di prodotti installata. Le filiere di fornitura e distribuzione devono venire riprogettate attraverso l’implementazione di una reverse logistics in grado di raccogliere i prodotti a fine vita per recuperarne il valore e per poter procedere con la loro reintroduzione sul mercato.

Figura 1 – Economia Circolare e Fonti del Valore (adattato da Bressanelli et al. 2018)

L’Economia Circolare può creare valore con tre diverse modalità

Attraverso il ripensamento congiunto di prodotti, modelli di business e filiere, l’Economia Circolare è in grado di creare valore mediante tre diverse modalità (Bressanelli et al. 2018):

  1. Aumentando il tasso di utilizzo dei prodotti e la loro efficienza in generale, grazie all’erogazione di servizi avanzati (sharing, pay-per-use) in grado di spostare il focus dal consumo all’utilizzo;
  2. Estendendo la vita utile di prodotti, componenti e materiali, attraverso l’erogazione di servizi di assistenza, riparazione e manutenzione;
  3. Recuperandone a fine ciclo il valore residuo, grazie al ricondizionamento (recupero prodotti), al disassemblaggio e riassemblaggio (recupero componenti) e al riciclaggio (recupero materiali).

Diversi studi hanno dimostrato come queste tre fonti di valore possano portare ad enormi benefici economici, oltre che ambientali (riduzione della generazione di rifiuti e della pressione sulle risorse naturali) e sociali (incremento opportunità lavorative e posti di lavoro). A livello europeo, il risparmio sul costo dei materiali può raggiungere i 630 miliardi di euro l’anno, pari al 23 % del costo attuale (Ellen MacArthur Foundation, 2013).

Nonostante queste incoraggianti proiezioni, i progetti di Economia Circolare stentano a prendere piede su larga scala. L’utilizzo di tecnologie 4.0 (Internet of Things, Big Data, 3D Printing) può però rappresentare un ottimo incentivo per intraprendere la transizione “Circolare” del proprio business [Lettura suggerita: The promise of a digitally enabled circular economy].

Tecnologie 4.0 per la circular economy

L’adozione di tecnologie 4.0 come Internet of Things (IoT), Big Data e 3D Printing abilita l’adozione di modelli di Economia Circolare, contribuendo a generare valore aumentando l’efficienza energetica, estendendo la vita utile di prodotti, componenti e materiali e recuperandone il valore a fine ciclo (Bressanelli et al. 2018). Alcuni casi aziendali ci aiutano ad illustrare concretamente tali legami.

Internet of Things e pay-per-wash: il caso Winterhalter

Il paradigma del pay-per-use e più in ampio dell’Everything-as-a-Service (XaaS)  [Lettura suggerita: The big promise of everythings as a service ] è spesso associato a modelli di business “Circolari”. Winterhalter (No investment Zero Risk: Pay per Wash) è un’azienda specializzata nella fornitura di sistemi di lavaggio professionali come lavastoviglie e prodotti per la pulizia, servendo i settori dei servizi di ristorazione e catering.

Recentemente l’azienda ha intrapreso un processo di digitalizzazione dei propri prodotti, utilizzando l’IoT per connettere le proprie macchine e per offrire lavastoviglie professionali mediante contratti di tipo pay-per-wash (Scheda 1). Un modello di business servitizzato come quello offerto da Winterhalter permette ai propri clienti di accedere a prodotti ad alta efficienza energetica senza dover sostenere gli alti costi di investimento. Inoltre, i servizi di manutenzione e di riparazione sono inclusi nella tariffa di utilizzo. La digitalizzazione del parco di prodotti consente infine un monitoraggio continuo dei consumi e la gestione della flotta (fleet management), anche e soprattutto attraverso la possibilità di upgradare da remoto i programmi di lavaggio per inglobare i miglioramenti tecnologici dal punto di vista dell’efficienza energetica.

Scheda 1 – Winterhalter

IoT & Analytics: il caso Bundles

Bundles (guarda il video sulla Circular Economy di Bundles), startup olandese fornitrice di servizi IoT, applica questa tecnologia ad elettrodomestici ad alta efficienza energetica come lavatrici, asciugatrici e lavastoviglie, che vengono offerti a clienti privati in cambio di una remunerazione basata sul numero di lavaggi svolti (pay-per-wash). I clienti che decidono di sottoscrivere un contratto beneficiano quindi di una riduzione del costo di utilizzo, agevolato dal minor consumo di energia elettrica, acqua e detergenti (Scheda 2).

Bundles ha inoltre lanciato alcuni progetti pilota per valutare la fattibilità economica dello sharing condominiale di elettrodomestici connessi, abilitato dalla tecnologia IoT che consente l’identificazione dei singoli utenti e il relativo pagamento. Grazie alla raccolta dei dati tramite IoT, Bundles fornisce ai propri clienti anche report specifici e consigli sull’utilizzo ottimale degli elettrodomestici, personalizzati sulla base delle abitudini dell’utilizzatore. Inoltre, tracciando la posizione fisica dell’elettrodomestico, è possibile pianificarne il ritiro, evitando quindi che esso venga smaltito utilizzando canali non ufficiali, danneggiando l’ambiente e perdendo il suo valore intrinseco.

Scheda 2 – Bundles

IoT, Big Data & Analytics: il caso Rolls Royce

Rolls Royce, attraverso il programma Total Care (vai alla pagina relativa all’IntelligentEngine di Rolls Royce) , rappresenta un caso di successo dove l’analisi dei Big Data raccolti tramite IoT gioca un ruolo abilitante per l’Economia Circolare. L’azienda britannica, grazie all’interconnessione dei propri motori per aviogetti, non vende più turbine bensì le ore di volo che tali prodotti riescono a garantire (Scheda 3). I dati sul funzionamento (prestazioni, condizioni…) vengono rilevati attraverso sensori avanzati. Tali dati vengono trasmessi real time via satellite, per poter essere rielaborati attraverso opportuni strumenti di Analytics al fine di ridisegnare il prodotto in ottica Circolare, di ottimizzare la gestione delle parti di ricambio e di consentire un programma di manutenzione avanzata di tipo predittivo, in grado di anticipare i guasti e incrementare l’utilizzo, la vita utile del prodotto e quindi i ricavi per Rolls Royce.

Scheda 3 – Rolls Royce

3D Printing: il caso Group SEB

Group SEB, multinazionale francese leader mondiale nella produzione di piccoli elettrodomestici, ha recentemente intrapreso un progetto di stampaggio 3D delle parti di ricambio per agevolare i processi di assistenza e riparazione. L’obiettivo del gruppo è garantire 10 anni di vita per ogni piccolo elettrodomestico fornito, promuovendo la riparazione invece che la sostituzione dei prodotti esausti (Scheda 4). Per ottenere ciò, Group SEB sta testando la possibilità di stampare in maniera additiva e direttamente nei centri di assistenza tecnica i componenti plastici richiesti (anche per i prodotti ormai fuori produzione). Produrre in maniera additiva e on demand le parti di ricambio consente di ridurne lo stock e di abbatterne i relativi costi di mantenimento a scorta: basta infatti avere a disposizione solamente il modello digitale della parte interessata. Inoltre, anche i trasporti delle parti di ricambio vengono ridotti drasticamente: grazie alla virtualizzazione, il trasporto fisico del componente non è più necessario, ma basta prelevare da un database centralizzato il modello digitale e trasferirlo in formato elettronico, pronto per essere realizzato in maniera additiva. Il primo componente in plastica è stato stampato nel maggio 2016. Infine, la Stampa 3D viene utilizzata anche in sede di prototipazione, per agevolare la fase di design.

Scheda 4 – Group SEB

Digitale è Circolare in sette modi diversi

Il modello in Figura 2 sistematizza quanto visto attraverso i casi aziendali sopracitati. Le tecnologie digitali 4.0 abilitano l’Economia Circolare attraverso 7 funzionalità, che contribuiscono a generare valore aumentando l’efficienza, estendendo la vita utile di prodotti, componenti e materiali e recuperandone il valore a fine ciclo (Bressanelli et al. 2018).

Figura 2 – Tecnologie 4.0 e Economia Circolare (Bressanelli et al. 2018)

  1. Ad inizio vita, i dati raccolti mediante IoT e Big Data così come la prototipazione rapida abilitata dalla stampa 3D supportano le fasi di design del prodotto, estendendone la vita utile e promuovendone il recupero a fine vita (ad esempio attraverso l’implementazione di strategie di Design-for-X).
  2. Durante la fase di utilizzo del prodotto:
    1. La funzionalità di monitoraggio remoto prodotti abilitata dall’IoT consente l’introduzione di modelli di business di tipo pay-per-use che rendono disponibili prodotti ad alta efficienza energetica senza doverne sostenere gli alti costi di investimento. Inoltre tale funzionalità permette una condivisione dei prodotti attraverso modelli di sharing, incrementandone l’utilizzo e l’efficienza energetica;
    2. La manifattura additiva delle parti di ricambio consente di estendere la vita utile dei prodotti finiti, rendendone possibile la riparazione, come mostrato dal caso di Group SEB;
    3. La commistione tra IoT, Big Data e Analytics abilita l’introduzione di modelli di manutenzione predittiva, estendendo la vita utile dei prodotti;
    4. La stessa interazione tra IoT, Big Data e Analytics consente anche l’ottimizzazione dell’utilizzo dei prodotti connessi, aumentandone l’efficienza;
    5. La connessione dei prodotti abilita infine la possibilità di upgrade, digitale (da remoto) oppure fisico (grazie alla stampa additiva di componenti). L’upgrade permette di aumentare l’efficienza energetica (come nel caso dell’aggiornamento dei programmi di lavaggio di Winterhalter) e di incrementare la vita utile dei prodotti;
  3. A fine vita, la connessione dei prodotti (tracking) consente di migliorare le fasi di tracciatura e raccolta prodotti, promuovendone il recupero a fine ciclo.

Ridisegnare prodotto, modello di business e supply chain per l’economia circolare

La transizione verso l’Economia Circolare rappresenta soprattutto un’opportunità di business, anche se numerose sfide devono venire superate per poterne cogliere appieno i benefici. Attraverso la sistematizzazione dei risultati emersi dai casi analizzati, si è messo in luce come l’adozione di tecnologie 4.0 quali IoT, Big Data e 3D Printing supporti l’adozione di modelli Circolari, abilitando funzionalità come il miglioramento del design di prodotto, il suo monitoraggio e riparazione, l’introduzione di modelli di manutenzione preventiva e l’ottimizzazione della fase di utilizzo, l’aggiornamento (upgrade) dei prodotti e la rigenerazione a fine ciclo.

Come mostrato in Figura 2, il ruolo preponderante delle tecnologie 4.0 si esercita durante la fase di utilizzo, a dimostrazione del fatto che l’Economia Circolare non è solamente recupero a “fine vita”, ma richiede un approccio più sistemico, che include il ridisegno di prodotti, modelli di business e filiere logistiche.

Si rende quindi necessario, per le imprese interessate ad esplorare le potenzialità ed i benefici connessi all’Economia Circolare, progettare una roadmap di transizione consapevole, con alla base (anche) le tecnologie digitali.

Il Laboratorio RISE, insieme ad IQ Consulting sta sviluppando tools e metodologie a supporto dei manager interessati ad intraprendere una trasformazione Circolare del proprio business.

Webinar: Circular Economy: dalla sostenibilità ambientale alla crescita economica

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Riferimenti

Bressanelli G, Adrodegari F, Perona M, Saccani N. (2018) “Exploring How Usage-Focused Business Models Enable Circular Economy through Digital Technologies.” Sustainability; Vol. 10 pp 639. Doi: 10.3390/su10030639.

Bressanelli G, Perona M, Saccani N. (2019) “Assessing the impacts of circular economy: a framework and an application to the washing machine industry.” International Journal of Management and Decision Making; In Press. Doi: 10.1504/IJMDM.2019.10015915

Ellen MacArthur Foundation (2013), “Towards the Circular Economy. An economic and business rationale for an accelerated transition”, Report 1

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Marco Perona
Professore Ordinario, Laboratorio RISE, Università di Brescia, Senior Partner IQ Consulting

Professore Ordinario, Laboratorio RISE, Università di Brescia, Senior Partner IQ Consulting

Nicola Saccani
Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Meccanica dell'Università di Brescia

Nicola Saccani Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e Meccanica dell'Università di Brescia (IT), dove fa parte del laboratorio RISE. È coordinatore nazionale dell’ASAP SMF, una comunità che coinvolge accademici e professionisti per sviluppare la cultura e l'eccellenza nella gestione e sviluppo dei servizi. Le sue attività di ricerca riguardano principalmente il service e supply chain management, con particolare riferimento alla servitizzazione, alla gestione dei ricambi e delle scorte, alla pianificazione, alla service and digital transformation. È autore di numerose pubblicazioni scientifiche in questi campi.

Gianmarco Bressanelli
Ricercatore, Laboratorio RISE, Università di Brescia

Ricercatore, Laboratorio RISE, Università di Brescia

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